自重构模块化机器人的运动空间及自变形算法

设计一种新颖的同构式模块化自重构机器人系统,该自重构机器人系统的基本模块由1个中心体和6个旋转面组成.根据模块的运动特征及棋盘规则的约束,以Oxy平面为例,分4种情况,研究并归纳出该自重构模块化机器人系统的可能运动空间.利用当前构型重心和目标构型重心之间距离的函数作为驱动模块运动的启发信息,根据每个模块自身的可能运动空间,并结合模块对目标位置的逐步填充方式共同完成系统的自重构运动规划.为了能快速完成该类自重构模块化机器人的自变形任务,定义模块的优先运动系数,规定模块的填充原则,将逐步填充式自变形算法进行一定优化,得出该类自重构模块化机器人系统的自变形方法.最后给出一个16模块自重构机器人系统的变形仿真实例,证明上述方法的可行性.     

自重构机器人硬件平台设计和突现控制算法研究

根据自重构系统的主要特点，设计了一种新型的同构阵列式模块化自重构机器人M—Cubes；基于多智能体分布式体系的控制结构，构造了多智能体的模块化自重构机器人实验平台，并给出了实验平台的设计策略、单智能体的结构设计、控制系统的硬件设计、单元模块的基本运动和机器人系统运动规划策略。利用Java3D开发了一个仿真环境，可以对控制算法进行测试评估。该试验平台的构建为进一步研究自重构机器人的控制变形算法提供了一个很好的测试平台。通过自重构机器人软硬件的评估，为进一步开发软硬件提供了一个参考度量。     

基于ROS的临场可重构排爆机器人系统架构研究

在面对危险爆炸环境时,排爆机器人的临场任务具有多样性,根据不同的临场任务,机器人会在自身本体硬件的基础上,在现场对模块化组件进行快速组装,即机器人硬件方面的临场可重构。利用机器人操作系统(ROS),针对不同的硬件模块组合,进行软件重构是临场可重构机器人的软件特性。提出了一种基于ROS的临场可重构排爆机器人软硬件架构模式,在面对复杂环境时,操作人员能够根据现场不同的任务要求,对模块化设计的排爆机器人进行组装,形成硬件重构;而系统软件根据硬件模块的组装情况进行软件自重构,从而使排爆机器人具备完成不同任务的能力。排爆机器人的这种软硬件架构设计模式使得机器人在实际工作中表现出高效性、鲁棒性和自适应性。     

自重构机器人对接路径规划策略设计

自重构多机器人实现重构需要经历集合、对接、重构等过程,其中,对接是机器人实现重构的关键。文章根据自重构机器人对接时路径规划的要求,结合所开发的自重构机器人BL-W的特点,设计了机器人对接时的路径规划方法,试验表明该方法简便可靠,能够满足机器人对接时的路径规划要求。     

自重构机器人自变形算法研究

设计了一种新颖的自重构机器人系统,其基本模块由正三棱柱主、从模块组成。自重构机器人需要完成从初始构型到目标构型的自动变形,而自变形算法就是用于计算自动变形的过程。文中的研究目的就是找到一种快速的优化方式来解决自重构机器人的自变形问题。为此,文中提出了基于机器人运动空间和模块几何结构驱动的自变形算法并进行性能优化,仿真实现了机器人从初始构型自变形为目标构型的过程。     

网格型自重构模块化机器人的对接过程

研究一种网格型自重构模块化机器人,基本模块由1个中心体和6个旋转面(连接面)组成.针对该网格型自重构机器人的性能和模块连接可靠性的不足,设计一个新的模块对接系统.该对接系统主要由可伸缩轴和可变孔组成,通过可伸缩轴和可变孔的对中、配合、锁紧和松开可仿真实现正常模块与正常模块、正常模块与故障模块的连接和分离,实现网格型自重构机器人的自变形及自修复动作,从而保持机器人整体构型的完整性.基于模块的几何特征,描述相邻模块的对接关系;基于"棋盘约束规则",分析了模块间的对接过程:模块旋转到位阶段和模块微调对中阶段:6模块自重构机器人的对接仿真和3模块试验证实该自重构机器人系统能够完成模块间的对接任务.     

混合型自重构模块化机器人对接系统的研究

设计了一种新型的混合型自重构模块化机器人,其基本模块由外形呈正三棱柱的主、从模块构成:主模块包括3个主驱动电机及螺旋传动装置,从模块包括2个从驱动电机及螺旋传动装置。针对该自重构机器人,设计了一种手爪握合式对接系统:该对接系统主要由钩爪结构、传动盘和连接盘构成,通过钩爪的伸缩、张合及传动盘的转动实现相邻模块间的对接和分离。基于混合型自重构模块化机器人基本模块的几何特征,描述了手爪握合式的对接关系;基于主、从模块间及相邻基本模块间的空间约束关系,分析了相邻基本模块之间对接、分离的过程;该自重构机器人3个基本模块的构型变化、对接仿真,证实该自重构机器人系统能够完成变形及基本模块间的对接任务。     

M~2SBot新型自重构机器人拓扑构型描述及运动学研究

介绍了一种新型自重构机器人系统,研究了基于旋量理论的自重构机器人正、逆运动学算法。在分析M2SBot机器人模块拓扑结构的基础上,建立描述自重构机器人拓扑构型的三元组矩阵;利用拓扑结构信息和模块坐标系间的齐次变换,获得各个模块的运动旋量并自动生成自重构机器人正运动学方程。采用遗传算法求运动学的逆解,在传统遗传算法的基础上提出了"移民"策略和局部优化的改进方案。最后,以双支链构型为例,给出了正运动学方程自动生成的具体步骤,并在MATLAB平台上进行逆运动学仿真,验证了改进遗传算法的有效性。     

基于模块智能的自重构机器人描述模型

自重构机器人拓扑结构的描述模型是建立自重构机器人系统和设计变形规划算法的基础。本文提出一种有序定点图及其关联矩阵作为描述模型 ,通过各个模块的局部感知信息来表达全局拓扑 ,可以有效表达整体系统中模块的位置关系、连接关系和失效模块的信息。本文建立描述模型的方法可以应用于各类同构模块化机器人系统     

一种具有三维空间自重构能力的新型模块可避障运动仿真研究

提出一种具有三维空间重构能力的新型模块化自重构机器人,根据不确定目标构型的机器人重构运动规划策略,对机器人模块及其周围环境进行描述;采用三维相对方位描述方法,建立了机器人可避障运动规则库,并结合VC＋＋与Open GL技术开发了基于可避障运动规则库的机器人仿真运动平台,验证了该方法的高效性。     

自重构机器人的基本模块结构设计与分析

给出了一种新颖的点阵晶格型自重构机器人的基本模块，该模块由1个中心体及6个旋转面组成。中心体内由相互正交的6个锥形齿轮组成机械传动结构，完成1个电机驱动6个旋转面转动的功能，旋转面上对称布置一轴和一孔，由旋转面的旋转、前进，完成相邻两模块相应旋转面上的轴插入相应孔中的对接任务。分析了空间模块间的可能运动，并用由3个模块和1个底座组成的自重构机器人系统来说明所设计模块结构的可行性。     

一种新型链式自重构机器人模块的设计

提出了一种新型链式自重构机器人模块的设计方法。该模块主要由移动机构、模块间的连接器、关节驱动机构、电力和驱动系统、通讯和控制系统以及感知系统组成,模块通过自重构后组成链式机器人,并能完成移动和越障的功能。对模块的设计主要采用了履带行走、形状记忆合金、谐波齿轮、传感器、集成控制芯片等技术,优化了模块的结构,提高了模块的性能。     

新型模块化可重构机器人系统

研制了一种新型模块化可重构机器人系统,机器人由许多结构和功能完全相同的模块相互联接组成,通过改变各模块之间的联接状态和相互位置关系,不需任何外界辅助,自动完成重构过程和整体协调运动:设计了模块的分离联接机构和单自由度立方体结构,模块结构兼具阵列式和串联式特点,可方便的实现重构运动和整体协调运动:上位机软件系统可通过交互方式设置各机器人模块的方位,可手工编写或自动产生可重构机器人各模块的运动序列,可对机器人可重构过程和整体构型的协调运动进行规划和仿真,并通过计算机串口对机器人进行实时控制。试验验证了机器人模块的分离／联接和模块协作基本功能和蠕虫构型、四足构型、履带构型三种构型的整体协调运动功能。试验表明:模块结构设计简单合理,控制容易,可以完成重构操作功能和整体协调运动功能。     

谐波减速器在自重构机器人的应用研究

自重构机器人的提升机构用于机器人系统攀爬台阶类障碍时抬起前边的机器人,要求提升机构具有很大的减速比、输出转矩等,谐波减速器谐波齿轮传动是一种新型传动技术,具有运动精度高、传动比大、重量轻、体积小等特点,实验结果表明,谐波减速器能够很好地满足机器人系统对提升机构的要求.     

自重构模块机器人的研究与发展现状

自重构模块机器人能够根据工作任务及工作环境的变化而自动改变自身的结构配置，构成与其相适应的最佳构形，完成操作任务，不但扩大了机器人的应用范围，更由于模块的均一性和互换性降低了制造及维护成本，提高了操作的可靠性，介绍了该领域的国内外发展状况，总结了主要研究方法及存在的主要问题，提出了自重构模块机器人的发展方向。     

Docking analysis of two neighboring modules in a self-reconfigurable modular machine

In the paper, the configuration of a novel self-reconfigurable module is presented. It is composed of one cubic part and six rotary sides. There are two holes and two extension pegs in each rotary side. The states of the docking process and constraint between two neighboring modules are analyzed with the geometric method and the contact forces of the docking process are described. At last, two neighboring modules are simulated to finish the docking process.     

Self-healing and self-repairing technologies

This article reviews the existing work in self-healing and self-repairing technologies, including work in software engineering, materials, mechanics, electronics, MEMS, self-reconfigurable robotics, and others. It suggests a terminology and taxonomy for self-healing and self-repair, and discusses the various related types of other self-* properties. The mechanisms and methods leading to self-healing are reviewed, and common elements across disciplines are identified.